JP5125719B2 - Wave plate, optical pickup device using the same, and projector - Google Patents
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Description
本発明は、水晶同士、あるいは、水晶とガラス等の複数の光学部材同士を接合して形成される波長板及びこれを用いた光ピックアップ装置並びにプロジェクタに関する。 The present invention relates to a wave plate formed by bonding quartz or a plurality of optical members such as quartz and glass, an optical pickup device using the same, and a projector .
光学物品として、複数の光学部材を接合して形成されるものがある。
例えば、２枚の水晶板を接合して形成される積層波長板や、薄い水晶板を水晶保持用ガラス板に接合した波長板等がある。
Some optical articles are formed by joining a plurality of optical members.
For example, there are a laminated wave plate formed by bonding two quartz plates, a wave plate obtained by bonding a thin quartz plate to a quartz holding glass plate, and the like.
複数の光学部材を接合する従来例として、偏光板とサファイヤやガラス等の透光性基板とを紫外線硬化型の接着剤で接着固定するものや（特許文献１）、シリコンとガラス等の接合に際して、被接合面を酸素プラズマで親水処理（活性化）し、この親水処理した光学部材同士を直接接合し、４００℃程度で高温加熱するものがある（特許文献２）。 As a conventional example for bonding a plurality of optical members, a polarizing plate and a translucent substrate such as sapphire or glass are bonded and fixed with an ultraviolet curable adhesive (Patent Document 1), or when silicon and glass are bonded In some cases, the surfaces to be joined are subjected to a hydrophilic treatment (activation) with oxygen plasma, the optical members subjected to the hydrophilic treatment are directly joined to each other, and heated at about 400 ° C. (Patent Document 2).
特許文献１で示される従来例では、光学部材同士を接着剤で接合するため、接着剤の層の厚みがばらつき、その結果、波面収差がばらつくという課題がある。さらに、接着剤が劣化することで、耐熱性や耐光性が低下するという課題がある。
特許文献２で示される従来例では、被接合面が活性化された光学部材同士を直接接合するため、被接合面の表面粗さが大きかったり、うねりが大きかったりすると、接合することができない。
In the conventional example shown in Patent Document 1, since the optical members are joined together with an adhesive, the thickness of the adhesive layer varies, and as a result, there is a problem that the wavefront aberration varies. Furthermore, there exists a subject that heat resistance and light resistance fall because an adhesive agent deteriorates.
In the conventional example shown by patent document 2, since the optical members in which the to-be-joined surface was activated are joined directly, when the surface roughness of a to-be-joined surface is large or a wave | undulation is large, it cannot join.
さらに、特許文献２では、直接接合した光学部材を高温加熱するため、線膨張係数の異なる光学部材同士を接合することができない。
つまり、高温下で光学部材同士を接合した後常温に戻すと、線膨張係数が異なる光学部材同士にずれが生じる等、不具合となる。
Furthermore, in patent document 2, since the optical member directly joined is heated at high temperature, optical members having different linear expansion coefficients cannot be joined.
That is, if the optical members are joined at a high temperature and then returned to room temperature, the optical members having different linear expansion coefficients are displaced from each other.
本発明の目的は、線膨張係数の異なる光学部材同士を接合することができるとともに波面収差のバラツキのない光学物品及び光学物品の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an optical article that can join optical members having different linear expansion coefficients and has no variation in wavefront aberration, and a method for manufacturing the optical article.
上記目的を達成するために本発明のある実施形態に係る波長板は、水晶で構成されており、且つ、少なくともいずれか一方が異方性の線膨張係数を有している第一光学部材及び第二光学部材と、前記第一光学部材と前記第二光学部材との間に積層されており、分子接合により構成されているプラズマ重合膜と、を含むことを特徴とする。
本発明のある別の実施形態に係る波長板は、少なくともいずれか一方が異方性の線膨張係数を有している第一光学部材及び第二光学部材と、前記第一光学部材と前記第二光学部材との間に積層されており、分子接合により構成されているプラズマ重合膜と、を含み、前記第一光学部材は水晶で構成され、前記第二光学部材は前記水晶を保持するガラスで構成されていることを特徴とする。
本発明のある別の実施形態に係る波長板は、前記プラズマ重合膜の主材料がポリオルガノシロキサンであることを特徴とする。
本発明のある別の実施形態に係る光ピックアップ装置は、上述の何れかの波長板を備えていることを特徴とする。
本発明のある別の実施形態に係るプロジェクタは、上述の何れかの波長板を備えていることを特徴とする。
［適用例１］
本適用例にかかる光学物品は、第一光学部材及び第二光学部材の少なくともどちらか一方が異方性の線膨張係数を有し、前記第一光学部材と、前記第二光学部材と、これらの光学部材を分子接合する接合層とを備え、前記接合層はプラズマ重合膜であることを特徴とする。
この構成の本適用例では、第一光学部材と第二光学部材とを分子接合するので、これらの部材の線膨張係数が異なるものであっても、接着剤が不要となる。
従って、本適用例では、接着剤を使用しないので、第一光学部材と第二光学部材との接合部分に厚さのバラツキがなくなって波面収差がなく、耐光性が向上する。そして、第一光学部材と第二光学部材とを分子接合するので、高温での処理が不要となり、線膨張係数の異なる光学部材同士を接合することができる。
しかも、第一光学部材と第二光学部材との接合面にそれぞれプラズマ重合膜を形成し、これらの重合膜同士を押し付けて第一光学部材と第二光学部材とを強固に接合する。
従って、第一光学部材と第二光学部材との接合面に微小な凹凸面があっても、この凹凸面をプラズマ重合膜で追従することができるので、光学部材同士の接合が可能となる。その上、第一光学部材と第二光学部材とで熱膨張が異なっても、プラズマ重合膜で追従することができる。
In order to achieve the above object, a wave plate according to an embodiment of the present invention is made of quartz, and at least one of the first optical member has an anisotropic linear expansion coefficient and It includes a second optical member, and a plasma polymerization film that is laminated between the first optical member and the second optical member and is configured by molecular bonding.
A wave plate according to another embodiment of the present invention includes a first optical member and a second optical member, at least one of which has an anisotropic linear expansion coefficient, the first optical member, and the first optical member. A plasma-polymerized film laminated between two optical members and formed by molecular bonding, wherein the first optical member is made of quartz, and the second optical member is glass that holds the quartz It is characterized by comprising.
A wave plate according to another embodiment of the present invention is characterized in that a main material of the plasma polymerization film is polyorganosiloxane.
An optical pickup device according to another embodiment of the present invention includes any one of the above-described wave plates.
A projector according to another embodiment of the present invention includes any one of the above-described wave plates.
[Application Example 1]
In the optical article according to this application example, at least one of the first optical member and the second optical member has an anisotropic linear expansion coefficient, the first optical member, the second optical member, and these And a bonding layer for molecularly bonding the optical member, wherein the bonding layer is a plasma polymerization film.
In this application example of this configuration, since the first optical member and the second optical member are molecularly bonded, no adhesive is required even if the linear expansion coefficients of these members are different.
Therefore, in this application example, since no adhesive is used, there is no variation in thickness at the joint portion between the first optical member and the second optical member, there is no wavefront aberration, and light resistance is improved. And since a 1st optical member and a 2nd optical member are molecularly joined, the process at high temperature becomes unnecessary and optical members from which a linear expansion coefficient differs can be joined.
In addition, plasma polymerized films are formed on the bonding surfaces of the first optical member and the second optical member, respectively, and these polymerized films are pressed together to firmly bond the first optical member and the second optical member.
Therefore, even if there is a minute uneven surface on the bonding surface between the first optical member and the second optical member, the uneven surface can be followed by the plasma polymerization film, so that the optical members can be bonded to each other. In addition, even if the first optical member and the second optical member have different thermal expansion, they can be followed by the plasma polymerization film.
［適用例２］
本適用例にかかる光学物品は、前記プラズマ重合膜の主材料がポリオルガノシロキサンである。そして、このポリオルガノシロキサンはオクタメチルトリシロキサンの重合物を主成分とする。
この構成の本適用例では、プラズマ重合膜の主材料であるポリオルガノシロキサンが比較的に柔軟性に富んでいるので、線膨張係数が異なる第一光学部材と第二光学部材とを接合する際に、両光学部材の熱膨張に伴う応力を緩和することができる。そのため、第一光学部材と第二光学部材との剥離を確実に防止することができる。しかも、ポリオルガノシロキサンは、耐薬品性に優れているため、薬品等に長期に曝される光学物品に効果的に用いることができる。そして、ポリオルガノシロキサンの主成分をオクタメチルトリシロキサンの重合物とすれば、この重合物は取扱性に優れているだけでなく、当該重合物からなるプラズマ重合膜は密着性が優れているので、好適である。
[Application Example 2]
In the optical article according to this application example, the main material of the plasma polymerization film is polyorganosiloxane. This polyorganosiloxane is mainly composed of a polymer of octamethyltrisiloxane.
In this application example of this configuration, since the polyorganosiloxane that is the main material of the plasma polymerized film is relatively flexible, when joining the first optical member and the second optical member having different linear expansion coefficients, Furthermore, the stress accompanying the thermal expansion of both optical members can be relieved. Therefore, peeling between the first optical member and the second optical member can be reliably prevented. Moreover, since polyorganosiloxane is excellent in chemical resistance, it can be effectively used for optical articles that are exposed to chemicals for a long time. And if the main component of polyorganosiloxane is a polymer of octamethyltrisiloxane, this polymer is not only easy to handle but also a plasma polymerized film made of the polymer has excellent adhesion. Is preferable.
［適用例３］
本適用例にかかる光学物品は、前記第一光学部材と前記第二光学部材とはそれぞれ水晶であり、これらの水晶は積層波長板を構成する。
この構成の本適用例では、光学物品が水晶積層波長板であり、これらの水晶は結晶軸により熱膨張係数が異なる。そのため、積層される水晶同士は互いに熱膨張系数が異なるので、前述の効果を奏することができる水晶積層波長板を提供することができる。
[Application Example 3]
In the optical article according to this application example, each of the first optical member and the second optical member is a crystal, and these crystals constitute a laminated wave plate.
In this application example having this configuration, the optical article is a quartz laminated wave plate, and these quartz crystals have different thermal expansion coefficients depending on crystal axes. Therefore, the quartz crystals to be laminated have mutually different thermal expansion numbers, so that it is possible to provide a quartz laminated wave plate capable of producing the above-described effects.
［適用例４］
本適用例にかかる光学物品は、前記第一光学部材は波長板を構成する水晶であり、前記第二光学部材は前記波長板を保持するガラスである。
この構成の本適用例では、光学物品が波長板をガラスで保持した構造であるため、波長板を薄くしても、ガラスで保持されているので、波長板が破損することがない。このような構造の光学物品において前述の効果を奏することができる。
また、第二光学部材はガラスであるので線膨張が等方性であるが、第一光学部材は水晶であるので線膨張が異方性である。積層物において、一方の光学部材の線膨張係数が方位角により異なっていれば、前述のような熱膨張による応力が発生するので、その緩和にも効果を奏することができる。
[Application Example 4]
In the optical article according to this application example, the first optical member is a crystal forming a wave plate, and the second optical member is glass holding the wave plate.
In this application example having this configuration, since the optical article has a structure in which the wave plate is held by glass, even if the wave plate is thinned, the wave plate is not damaged because it is held by glass. The optical article having such a structure can exhibit the above-described effects.
Moreover, since the second optical member is made of glass, the linear expansion is isotropic. However, since the first optical member is made of quartz, the linear expansion is anisotropic. In the laminate, if the linear expansion coefficient of one of the optical members varies depending on the azimuth angle, the stress due to the thermal expansion as described above is generated.
［適用例５］
本適用例にかかる光学物品の製造方法は、前記第一光学部材の接合面と前記第二光学部材の接合面とのそれぞれにプラズマ重合膜を形成する重合膜形成工程と、前記接合面に形成された前記プラズマ重合膜を活性化する表面活性化工程と、前記プラズマ重合膜の表面が活性化された前記第一光学部材と前記第二光学部材とを貼り合わせて一体化する貼合工程と、を備えたことを特徴とする。
この構成の本適用例では、重合膜形成工程で、第一光学部材と第二光学部材との接合面にそれぞれプラズマ重合膜を形成する。そして、表面活性化工程では表面を効率よく活性化する。表面活性化工程は、例えば、プラズマを照射する方法、オゾンガスに接触させる方法、オゾン水で処理する方法、あるいは、アルカリ処理する方法等を用いることができる。さらに、貼合工程でプラズマ重合膜同士を押し付けて第一光学部材と第二光学部材とをプラズマ重合膜を介して接合する。ここで、接合強度をより強めるために、間にプラズマ重合膜が設けられた第一光学部材と第二光学部材とを、必要に応じて２５〜１００℃に加熱する。
従って、本適用例では、貼合工程での高温処理が不要とされ、仮に、加熱する場合であっても２５〜１００℃という従来例の４００℃に対して比べものにならない程度での温度であるから、線膨張係数の異なる光学部材同士の接合が簡易な方法で実現できる。
[Application Example 5]
The optical article manufacturing method according to this application example includes a polymerized film forming step of forming a plasma polymerized film on each of the bonding surface of the first optical member and the bonding surface of the second optical member, and forming on the bonding surface A surface activation step for activating the plasma polymerized film, and a bonding step for bonding and integrating the first optical member and the second optical member on which the surface of the plasma polymerized film is activated, and , Provided.
In this application example having this configuration, a plasma polymerization film is formed on the bonding surface between the first optical member and the second optical member in the polymerization film forming step. In the surface activation step, the surface is activated efficiently. For the surface activation step, for example, a method of irradiating plasma, a method of contacting with ozone gas, a method of treating with ozone water, a method of treating with alkali, or the like can be used. Furthermore, the plasma polymerization films are pressed together in the bonding step to join the first optical member and the second optical member via the plasma polymerization film. Here, in order to further increase the bonding strength, the first optical member and the second optical member provided with a plasma polymerization film therebetween are heated to 25 to 100 ° C. as necessary.
Therefore, in this application example, the high-temperature treatment in the bonding step is not required, and even if heating is performed, the temperature is a level that is not comparable to the conventional 400 ° C of 25 to 100 ° C. Therefore, joining of optical members having different linear expansion coefficients can be realized by a simple method.
［適用例６］
本適用例にかかる光学物品の製造方法は、前記重合膜形成工程は、前記第一光学部材の接合面と前記第二光学部材の接合面とのそれぞれに形成されるプラズマ重合膜を、その平均厚さが１０〜１０００ｎｍとなるようにする。
第一光学部材や第二光学部材に形成されるプラズマ重合膜の厚さを１０〜１０００ｎｍとすることで、プラズマ重合膜にある程度の形状追従性を確保することができるから、接合面に多少の凹凸があっても、２つの光学部材を強固に接合することができる。
[Application Example 6]
In the method of manufacturing an optical article according to this application example, in the polymer film formation step, a plasma polymer film formed on each of the bonding surface of the first optical member and the bonding surface of the second optical member is averaged. The thickness is set to 10 to 1000 nm.
By setting the thickness of the plasma polymerized film formed on the first optical member and the second optical member to 10 to 1000 nm, it is possible to ensure a certain degree of shape followability on the plasma polymerized film. Even if there is unevenness, the two optical members can be firmly bonded.
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
まず、本実施形態にかかる光学物品を図１から図４に基づいて説明する。
図１は光学物品として積層波長板を説明する場合の概略構成図である。積層波長板は、例えば、光ピックアップ装置に用いられるものである。
図１において、光学物品１は、第一光学部材１１と、第二光学部材１２と、これらの第一光学部材１１と第二光学部材１２とを分子接合する接合層１３とを備えた積層波長板である。第一光学部材１１と第二光学部材１２とは線膨張係数が異なる。
第一光学部材１１と第二光学部材１２とは、それぞれ水晶から形成された波長板であり、これらの波長板は互いに結晶光学軸が交差するように積層された構造である。なお、波長板を形成する結晶材料としては、水晶以外にも、ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）、サファイヤ、ＢＢＯ、方解石、ＹＶＯ４等を例示できる。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the optical article according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram for explaining a laminated wave plate as an optical article. The laminated wave plate is used for an optical pickup device, for example.
In FIG. 1, the optical article 1 includes a first optical member 11, a second optical member 12, and a laminated wavelength including a bonding layer 13 that molecularly bonds the first optical member 11 and the second optical member 12. It is a board. The first optical member 11 and the second optical member 12 have different linear expansion coefficients.
Each of the first optical member 11 and the second optical member 12 is a wave plate made of quartz, and these wave plates have a structure in which the crystal optical axes intersect with each other. Examples of the crystal material forming the wave plate include LiNbO 3 (lithium niobate), sapphire, BBO, calcite, YVO 4 and the like in addition to quartz.
図２は光学物品としてガラス板付き波長板を説明する場合の概略構成図である。ガラス付き波長板は、例えば、液晶プロジェクタに用いられる。
図２において、光学物品２は、第一光学部材２１と、この第一光学部材２１に設けられる第二光学部材２２と、この光学部材２２と第一光学部材２１とを分子接合する接合層１３とを有するガラス板付き波長板である。第一光学部材２１と第二光学部材２２とは線膨張係数が異なる。
ここで、第二光学部材２２は、水晶、その他の材質から形成される薄肉波長板であり、第一光学部材２１は薄肉波長板を保持するガラス板である。
第一光学部材２１を形成するガラス板としては、例えば、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、結晶化ガラス等の光学ガラスを例示できる。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram for explaining a wave plate with a glass plate as an optical article. The wave plate with glass is used for a liquid crystal projector, for example.
In FIG. 2, the optical article 2 includes a first optical member 21, a second optical member 22 provided on the first optical member 21, and a bonding layer 13 that molecularly bonds the optical member 22 and the first optical member 21. It is a waveplate with a glass plate which has these. The first optical member 21 and the second optical member 22 have different linear expansion coefficients.
Here, the second optical member 22 is a thin wave plate formed of quartz or other material, and the first optical member 21 is a glass plate that holds the thin wave plate.
Examples of the glass plate forming the first optical member 21 include optical glasses such as quartz glass, borosilicate glass, and crystallized glass.
図３は光学物品としてグレーティング付き波長板を説明する場合の概略構成図である。グレーティング付き波長板は、例えば、光ピックアップ装置に用いられるものである。
図３において、光学物品３は、第一光学部材３１と、この第一光学部材３１に接合される第二光学部材３２と、この光学部材３２と第一光学部材３１とを分子接合する接合層１３とを有するグレーティング付き波長板である。
第一光学部材３１は波長板であり、水晶、その他の材質から形成される。第一光学部材３１の表面にはエッチング等によって、回折格子が形成される。
第二光学部材３２は波長板である。この波長板は、水晶、その他の材質から形成される。なお、この波長板が水晶の場合の多くは、結晶軸が異なる水晶同士が接合されるので、互いの線膨張係数は異なる。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram for explaining a wavelength plate with a grating as an optical article. The wavelength plate with a grating is used for an optical pickup device, for example.
In FIG. 3, the optical article 3 includes a first optical member 31, a second optical member 32 bonded to the first optical member 31, and a bonding layer that molecularly bonds the optical member 32 and the first optical member 31. 13 is a wavelength plate with a grating.
The first optical member 31 is a wave plate, and is made of quartz or other material. A diffraction grating is formed on the surface of the first optical member 31 by etching or the like.
The second optical member 32 is a wave plate. This wave plate is made of quartz or other material. In many cases where the wavelength plate is a quartz crystal, quartz crystals having different crystal axes are bonded to each other, so that the linear expansion coefficients thereof are different.
図４は光学物品として開口フィルタを説明する場合の概略構成図である。開口フィルタは、例えば、ピックアップ装置に用いられるものである。
図４において、光学物品４は、第一光学部材４１と、この第一光学部材４１に設けられる第二光学部材４２と、第二光学部材４２と第一光学部材４１とを分子接合する接合層１３とを備えた開口フィルタである。第一光学部材４１と第二光学部材４２とは線膨張係数が異なる。
第一光学部材４１はガラス基板である。第二光学部材４２は波長板であり、表面に位相調整材４２１と波長選択材４２２が施されている。位相調整層４２１は、互いに波長の異なる複数の光線のうち、全ての波長の光線を透過するものであり、波長選択層４２２は所定波長の光線の透過を阻止するものである。
なお、本実施形態では、第一光学部材１１，２１，３１，４１及び第二光学部材１２，２２，３２，４２は、ケイ素含有基材であれば、水晶、ガラス以外にもサファイヤ、その他の材質を用いることができ、さらに、製品としての光学物品１〜４は、光学レンズ、マイクロレンズ、プリズム、等であってもよい。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram when an aperture filter is described as an optical article. The aperture filter is used in, for example, a pickup device.
In FIG. 4, the optical article 4 includes a first optical member 41, a second optical member 42 provided on the first optical member 41, and a bonding layer that molecularly bonds the second optical member 42 and the first optical member 41. 13 is an aperture filter. The first optical member 41 and the second optical member 42 have different linear expansion coefficients.
The first optical member 41 is a glass substrate. The second optical member 42 is a wave plate, and a phase adjusting material 421 and a wavelength selecting material 422 are provided on the surface. The phase adjustment layer 421 transmits light of all wavelengths among a plurality of light beams having different wavelengths, and the wavelength selection layer 422 blocks transmission of light of a predetermined wavelength.
In the present embodiment, the first optical members 11, 21, 31, 41 and the second optical members 12, 22, 32, 42 are sapphire other than quartz and glass as long as they are silicon-containing base materials. A material can be used, and the optical articles 1 to 4 as products may be optical lenses, microlenses, prisms, or the like.
本実施形態では、接合層１３は、プラズマ重合膜で形成されている。なお、図では、内容を理解しやすくするために、接合層１３の厚さは第一光学部材１１，２１，３１，４１と第二光学部材１２，２２，３２，４２の厚さに比べて厚く図示されている。 In the present embodiment, the bonding layer 13 is formed of a plasma polymerization film. In the figure, the thickness of the bonding layer 13 is compared with the thickness of the first optical members 11, 21, 31, 41 and the second optical members 12, 22, 32, 42 for easy understanding of the contents. It is shown thick.
接合層１３をプラズマ重合膜で形成するプロセスについて説明する。
第一光学部材１１，２１，３１，４１の接合面と第二光学部材１２，２２，３２，４２の接合面とのそれぞれにプラズマ重合膜１３１が設けられており、これらのプラズマ重合膜１３１が互いに重合されて接合層１３が形成される（図７参照）。
本実施形態で使用されるプラズマ重合膜１３１は、後述する通り、その主材料がポリオルガノシロキサンである。このポリオルガノシロキサンは、シロキサン結合をもつ高分子化合物の総称である。
A process for forming the bonding layer 13 with a plasma polymerization film will be described.
Plasma polymerized films 131 are provided on the joint surfaces of the first optical members 11, 21, 31, 41 and the joint surfaces of the second optical members 12, 22, 32, 42, respectively. The bonding layers 13 are formed by polymerizing each other (see FIG. 7).
As will be described later, the main material of the plasma polymerized film 131 used in this embodiment is polyorganosiloxane. This polyorganosiloxane is a general term for polymer compounds having a siloxane bond.
接合層がプラズマ重合膜から形成される光学物品１〜４の製造方法を図５から図７に基づいて説明する。
図５は、本実施形態で使用するプラズマ重合装置の概略図である。
図５において、プラズマ重合装置１００は、チャンバー１０１と、このチャンバー１０１の内部にそれぞれ設けられる第１電極１１１及び第２電極１１２と、これらの第１電極１１１と第２電極１１２との間に高周波電圧を印加する電源回路１２０と、チャンバー１０１の内部にガスを供給するガス供給部１４０と、チャンバー１０１の内部のガスを排出する排気ポンプ１５０を備えた構造である。
第１電極１１１は、基材として、第一光学部材１１，２１，３１，４１や第二光学部材１２，２２，３２，４２を支持するものであり、第一光学部材１１，２１，３１，４１や第二光学部材１２，２２，３２，４２を挟んで第１電極１１１と第２電極１１２とが対向配置されている。
A method for manufacturing optical articles 1 to 4 in which the bonding layer is formed of a plasma polymerized film will be described with reference to FIGS.
FIG. 5 is a schematic view of a plasma polymerization apparatus used in the present embodiment.
In FIG. 5, the plasma polymerization apparatus 100 includes a chamber 101, a first electrode 111 and a second electrode 112 provided in the chamber 101, and a high frequency between the first electrode 111 and the second electrode 112. The power supply circuit 120 applies a voltage, the gas supply unit 140 supplies gas into the chamber 101, and the exhaust pump 150 discharges the gas inside the chamber 101.
The first electrode 111 supports the first optical members 11, 21, 31, 41 and the second optical members 12, 22, 32, 42 as a base material. The first electrode 111 and the second electrode 112 are arranged to face each other with 41 and the second optical members 12, 22, 32, 42 interposed therebetween.
電源回路１２０は、マッチングボックス１２１と高周波電源１２２とを備える。
ガス供給部１４０は、液状の膜材料（原料液）を貯蔵する貯液部１４１と、液状の膜材料を気化して原料ガスに変化させる気化装置１４２と、キャリアガスを貯留するガスボンベ１４３とを備えている。このガスボンベ１４３に貯留されるキャリアガスは、電界の作用によって放電し、この放電を維持するためにチャンバー１０１に導入するガスであって、例えば、アルゴンガスやヘリウムガスが該当する。
これらの貯液部１４１、気化装置１４２及びガスボンベ１４３とチャンバー１０１とが配管１０２で接続されており、ガス状の膜材料とキャリアガスとの混合ガスをチャンバー１０１の内部に供給するように構成されている。
貯液部１４１に貯留される膜材料は、プラズマ重合装置１００によって第一光学部材１１，２１，３１，４１や第二光学部材１２，２２，３２，４２にプラズマ重合膜１３１を形成するための原材料であり、気化装置１４２で気化されて原料ガスとなる。
The power supply circuit 120 includes a matching box 121 and a high frequency power supply 122.
The gas supply unit 140 includes a liquid storage unit 141 that stores a liquid film material (raw material liquid), a vaporizer 142 that vaporizes the liquid film material and converts it into a raw material gas, and a gas cylinder 143 that stores a carrier gas. I have. The carrier gas stored in the gas cylinder 143 is a gas that is discharged by the action of an electric field and is introduced into the chamber 101 in order to maintain this discharge. For example, argon gas or helium gas is applicable.
The liquid storage unit 141, the vaporizer 142 and the gas cylinder 143 are connected to the chamber 101 through a pipe 102, and are configured to supply a mixed gas of a gaseous film material and a carrier gas into the chamber 101. ing.
The film material stored in the liquid storage unit 141 is used for forming the plasma polymerization film 131 on the first optical members 11, 21, 31, 41 and the second optical members 12, 22, 32, 42 by the plasma polymerization apparatus 100. It is a raw material and is vaporized by the vaporizer 142 to become a raw material gas.
この原料ガスとしては、例えば、メチルシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカメチルテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、メチルフェニルシロキサン等のオルガノシロキサン、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリメチルインジウム、トリエチルインジウム、トリメチル亜鉛、トリエチル亜鉛のような有機金属系化合物、各種炭化水素系化合物、各種フッ素系化合物等が挙げられる。
このような原料ガスを用いて得られるプラズマ重合膜１３１は、これらの原料が重合してなるもの（重合物）、つまり、ポリオルガノシロキサン、有機金属ポリマー、炭化水素系ポリマー、フッ素系ポリマー等で構成されることになる。
Examples of the source gas include methylsiloxane, hexamethyldisiloxane, octamethyltrisiloxane, decamethyltetrasiloxane, decamethylcyclopentasiloxane, octamethylcyclotetrasiloxane, and methylphenylsiloxane. Examples include gallium, trimethylaluminum, triethylaluminum, triisobutylaluminum, trimethylindium, triethylindium, trimethylzinc, triethylzinc, organometallic compounds, various hydrocarbon compounds, various fluorine compounds, and the like.
The plasma polymerized film 131 obtained by using such a raw material gas is obtained by polymerizing these raw materials (polymer), that is, polyorganosiloxane, organometallic polymer, hydrocarbon polymer, fluorine polymer, and the like. Will be composed.
ポリオルガノシロキサンは、通常、撥水性を示すが、各種の活性化処理を施すことによって容易に有機基を脱離させることができ、親水性に変化することができる。つまり、ポリオルガノシロキサンは撥水性と親水性との制御を容易に行える材料である。
撥水性を示すポリオルガノシロキサンで構成されたプラズマ重合膜１３１は、それ同士を接触させても、有機基によって接着が阻害されることになり、極めて接着し難い。一方、親水性を示すポリオルガノシロキサンで構成されたプラズマ重合膜１３１は、それ同士を接触させると、特に容易に接着することができる。つまり、撥水性と親水性の制御を容易に行えるという利点は、接着性の制御を容易に行えるという利点につながるため、ポリオルガノシロキサンで構成されたプラズマ重合膜１３１は、本実施形態では好適に用いられることになる。そして、ポリオルガノシロキサンは比較的柔軟性に富んでいるので、第一光学部材１１，２１，３１，４１と第二光学部材１２，２２，３２，４２との構成材質が相違して線膨張係数が異なっても、第一光学部材１１，２１，３１，４１と第二光学部材１２，２２，３２，４２との間に生じる熱膨張に伴う応力を緩和することができる。さらに、ポリオルガノシロキサンは耐薬品性に優れているため、薬品類等に長期にわたって曝されるような部材の接合に効果的に用いることができる。
Polyorganosiloxane usually exhibits water repellency, but can be easily desorbed by applying various activation treatments, and can be changed to hydrophilic. That is, polyorganosiloxane is a material that can easily control water repellency and hydrophilicity.
Even if the plasma polymerized films 131 made of polyorganosiloxane exhibiting water repellency are brought into contact with each other, the adhesion is inhibited by the organic group, and it is extremely difficult to adhere. On the other hand, plasma polymerized films 131 made of polyorganosiloxane exhibiting hydrophilicity can be bonded particularly easily when they are brought into contact with each other. That is, the advantage that the water repellency and the hydrophilicity can be easily controlled leads to the advantage that the adhesiveness can be easily controlled. Therefore, the plasma polymerized film 131 made of polyorganosiloxane is preferably used in this embodiment. Will be used. Since the polyorganosiloxane is relatively flexible, the constituent materials of the first optical members 11, 21, 31, 41 and the second optical members 12, 22, 32, 42 are different and the linear expansion coefficient is different. Even if they are different from each other, the stress accompanying thermal expansion generated between the first optical members 11, 21, 31, 41 and the second optical members 12, 22, 32, 42 can be relaxed. Furthermore, since polyorganosiloxane is excellent in chemical resistance, it can be effectively used for joining members that are exposed to chemicals for a long period of time.
ポリオルガノシロキサンの中でも、特に、オクタメチルトリシロキサンの重合物を主成分とするものが好ましい。オクタメチルトリシロキサンの重合物を主成分とするプラズマ重合膜１３１は、接着性に優れていることから、本実施形態の接合方法で好適に用いられる。オクタメチルトリシロキサンの重合物は、常温で液状をなし、適度な粘度を有するため、取扱が容易である。 Among the polyorganosiloxanes, those mainly composed of a polymer of octamethyltrisiloxane are preferred. Since the plasma polymerized film 131 mainly composed of a polymer of octamethyltrisiloxane is excellent in adhesiveness, it is preferably used in the bonding method of this embodiment. An octamethyltrisiloxane polymer is easy to handle because it is liquid at room temperature and has an appropriate viscosity.
次に、接合層１３がプラズマ重合膜１３１から形成される光学物品１〜４の製造方法の手順を図６及び図７に基づいて説明する。
まず、図６（Ａ）〜（Ｃ）に示される通り、第一光学部材１１，２１，３１，４１や第二光学部材１２，２２，３２，４２の接合面にプラズマ重合膜を形成する（重合膜形成工程）。
この重合膜形成工程では、プラズマ重合装置１００のチャンバー１０１の第１電極１１１に、基材として第一光学部材１１，２１，３１，４１又は第二光学部材１２，２２，３２，４２を保持する。そして、チャンバー１０１の内部に酸素を所定量導入するとともに第１電極１１１と第２電極１１２との間に電源回路１２０から高周波電圧を印加して光学部材自体の活性化（基板活性化）を実施する。
その後、ガス供給部１４０を作動させると、チャンバー１０１の内部に原料ガスとキャリアガスとの混合ガスが供給される。供給された混合ガスはチャンバー１０１の内部に充填され、図６（Ａ）に示される通り、基材としての第一光学部材１１，２１，３１，４１又は第二光学部材１２，２２，３２，４２に混合ガスが露出される。
Next, the procedure of the manufacturing method of the optical articles 1 to 4 in which the bonding layer 13 is formed from the plasma polymerized film 131 will be described based on FIGS.
First, as shown in FIGS. 6A to 6C, a plasma polymerization film is formed on the bonding surfaces of the first optical members 11, 21, 31, 41 and the second optical members 12, 22, 32, 42 ( Polymerized film forming step).
In this polymerization film forming step, the first optical members 11, 21, 31, 41 or the second optical members 12, 22, 32, 42 are held as base materials on the first electrode 111 of the chamber 101 of the plasma polymerization apparatus 100. . Then, a predetermined amount of oxygen is introduced into the chamber 101 and a high-frequency voltage is applied from the power supply circuit 120 between the first electrode 111 and the second electrode 112 to activate the optical member itself (substrate activation). To do.
Thereafter, when the gas supply unit 140 is operated, a mixed gas of the source gas and the carrier gas is supplied into the chamber 101. The supplied mixed gas is filled in the chamber 101, and as shown in FIG. 6A, the first optical members 11, 21, 31, 41, or the second optical members 12, 22, 32, serving as a base material. 42 is exposed to the mixed gas.
混合ガスにおける原料ガスの割合（混合比）は、原料ガスやキャリアガスの種類や目的とする成膜速度等によって若干異なるが、例えば、混合ガス中の原料ガスの割合は２０〜７０％程度に設定することが好ましく、３０〜６０％程度に設定することがより好ましい。
第１電極１１１と第２電極１１２との間に印加する周波数は、特に限定されないが、１ｋＨｚ〜１００ＭＨｚ程度であるのが好ましく、１０〜６０ＭＨｚ程度がより好ましい。高周波の出力密度は特に限定されないが、０．０１〜１０Ｗ／ｃｍ２程度であることが好ましく、０．１〜１Ｗ／ｃｍ２程度であるのがより好ましい。
The ratio (mixing ratio) of the source gas in the mixed gas is slightly different depending on the type of the source gas or carrier gas, the target film forming speed, etc., for example, the ratio of the source gas in the mixed gas is about 20 to 70%. It is preferable to set, and it is more preferable to set to about 30 to 60%.
The frequency applied between the first electrode 111 and the second electrode 112 is not particularly limited, but is preferably about 1 kHz to 100 MHz, and more preferably about 10 to 60 MHz. But not limited high frequency power density, in particular, is preferably about 0.01 to 10 / cm 2, more preferably about 0.1 to 1 W / cm 2.
成膜時のチャンバー１０１の圧力は、１３３．３×１０−５〜１３３３Ｐａ（１×１０−５〜１０Ｔｏｒｒ）程度であるのが好ましく、１３３．３×１０−４〜１３３．３Ｐａ（１×１０−４〜１Ｔｏｒｒ）程度であるのがより好ましい。
原料ガス流量は、０．５〜２００ｓｃｃｍ程度が好ましく、１〜１００ｓｃｃｍ程度がより好ましい。
キャリアガス流量は、５〜７５０ｓｃｃｍ程度が好ましく、１０〜５００ｓｃｃｍ程度がより好ましい。
処理時間は１〜１０分程度であることが好ましく、４〜７分程度がより好ましい。
基材としての第一光学部材１１，２１，３１，４１又は第二光学部材１２，２２，３２，４２の温度は、２５℃以上が好ましく、２５〜１００℃がより好ましい。
The pressure in the chamber 101 during film formation is preferably about 133.3 × 10 −5 to 1333 Pa (1 × 10 −5 to 10 Torr), and is preferably 133.3 × 10 −4 to 133.3 Pa (1 × 10 -4 to 1 Torr) is more preferable.
The raw material gas flow rate is preferably about 0.5 to 200 sccm, more preferably about 1 to 100 sccm.
The carrier gas flow rate is preferably about 5 to 750 sccm, more preferably about 10 to 500 sccm.
The treatment time is preferably about 1 to 10 minutes, more preferably about 4 to 7 minutes.
The temperature of the first optical member 11, 21, 31, 41 or the second optical member 12, 22, 32, 42 as the substrate is preferably 25 ° C. or more, and more preferably 25-100 ° C.
第１電極１１１と第２電極１１２との間に高周波電圧を印加することにより、これらの電極１１１，１１２の間に存在するガスの分子が電離し、プラズマが発生する。このプラズマのエネルギーにより原料ガス中の分子が重合し、図６（Ｂ）に示される通り、重合物が第一光学部材１１，２１，３１，４１又は第二光学部材１２，２２，３２，４２の表面に付着、堆積する。これにより、図６（Ｃ）に示される通り、第一光学部材１１，２１，３１，４１又は第二光学部材１２，２２，３２，４２の接合面にプラズマ重合膜１３１が形成される。
プラズマ重合膜１３１は、その平均厚さが１０〜１０００ｎｍであり、５０〜５００ｎｍが好ましい。プラズマ重合膜１３１の平均厚さが１０ｎｍを下回ると、十分な接合強度を得ることができず、１０００ｎｍを超えると、接合体の寸法精度が著しく低下する。
By applying a high-frequency voltage between the first electrode 111 and the second electrode 112, gas molecules existing between the electrodes 111 and 112 are ionized, and plasma is generated. The molecules in the source gas are polymerized by the energy of the plasma, and as shown in FIG. 6B, the polymer is converted into the first optical member 11, 21, 31, 41 or the second optical member 12, 22, 32, 42. Adheres to and accumulates on the surface of As a result, as shown in FIG. 6C, a plasma polymerization film 131 is formed on the bonding surface of the first optical members 11, 21, 31, 41 or the second optical members 12, 22, 32, 42.
The average thickness of the plasma polymerized film 131 is 10 to 1000 nm, and preferably 50 to 500 nm. When the average thickness of the plasma polymerized film 131 is less than 10 nm, sufficient bonding strength cannot be obtained, and when it exceeds 1000 nm, the dimensional accuracy of the bonded body is significantly reduced.
その後、図６（Ｄ）に示される通り、プラズマ重合膜１３１を活性化して表面を活性化させる（表面活性化工程）。
表面活性化工程は、例えば、プラズマを照射する方法、オゾンガスに接触させる方法、オゾン水で処理する方法、あるいは、アルカリ処理する方法等を用いることができる。
ここで、活性化させる、とは、プラズマ重合膜１３１の表面及び内部の分子結合が切断されて終端化されていない結合手が生じた状態や、その切断された結合手にＯＨ基が結合した状態、又は、これらの状態が混在した状態をいう。
この表面活性化工程では、プラズマ重合膜１３１の表面を効率よく活性化させるためにプラズマを照射する方法が好ましい。プラズマ重合膜１３１の表面に照射するとしたのは、プラズマ重合膜１３１の分子構造を必要以上に、例えば、プラズマ重合膜１３１と第一光学部材１１，２１，３１，４１又は第二光学部材１２，２２，３２，４２との境界に至るまで切断しないので、プラズマ重合膜１３１の特性の低下を避けるためである。
Thereafter, as shown in FIG. 6D, the plasma polymerization film 131 is activated to activate the surface (surface activation step).
For the surface activation step, for example, a method of irradiating plasma, a method of contacting with ozone gas, a method of treating with ozone water, a method of treating with alkali, or the like can be used.
Here, the activation means that the surface of the plasma polymerized film 131 and the internal molecular bond are cut and an unterminated bond is generated, or an OH group is bonded to the cut bond. A state or a state in which these states are mixed.
In this surface activation step, a method of irradiating plasma is preferable in order to efficiently activate the surface of the plasma polymerization film 131. The reason for irradiating the surface of the plasma polymerized film 131 is that the molecular structure of the plasma polymerized film 131 is more than necessary, for example, the plasma polymerized film 131 and the first optical member 11, 21, 31, 41 or the second optical member 12, This is for avoiding the deterioration of the characteristics of the plasma polymerized film 131 since the cutting is not performed until the boundary with 22, 32, 42 is reached.
本実施形態で使用されるプラズマとしては、例えば、酸素、アルゴン、チッソ、空気、水等を1種又は２種以上混合して用いることができる。これらの中で、酸素を使用することが好ましい。
このようなプラズマを使用することで、プラズマ重合膜１３１の特性の著しい低下を防止するとともに、広範囲のムラをなくし、より短時間で処理することができる。そして、プラズマはプラズマ重合膜を形成する装置と同設備で発生させることができるから、製造コストが低減できるという利点もある。
プラズマを照射する時間は、プラズマ重合膜１３１の表面付近の分子結合を切断し得る程度の時間であれば特に限定されるものではないが、５ｓｅｃ〜３０ｍｉｎ程度であるのが好ましく、１０〜６０ｓｅｃがより好ましい。
このようにして活性化されたプラズマ重合膜１３１の表面には、ＯＨ基が導入される。
なお、本実施形態では、プラズマ重合膜形成工程と表面活性化工程との間に第一光学部材１１，２１，３１，４１や第二光学部材１２，２２，３２，４２を洗浄する工程を設けてもよい。この洗浄工程は、薬品、水、その他の適宜な手段を用いて行われる。
As the plasma used in the present embodiment, for example, oxygen, argon, nitrogen, air, water, or the like can be used alone or in combination. Among these, it is preferable to use oxygen.
By using such plasma, it is possible to prevent the characteristic of the plasma polymerized film 131 from being remarkably deteriorated, eliminate a wide range of unevenness, and perform processing in a shorter time. And since plasma can be generated with the same equipment as the apparatus for forming the plasma polymerized film, there is also an advantage that the manufacturing cost can be reduced.
The time for irradiating the plasma is not particularly limited as long as the molecular bond in the vicinity of the surface of the plasma polymerized film 131 can be broken, but is preferably about 5 to 30 minutes, and preferably 10 to 60 seconds. More preferred.
OH groups are introduced into the surface of the plasma polymerization film 131 activated in this way.
In this embodiment, a step of cleaning the first optical members 11, 21, 31, 41 and the second optical members 12, 22, 32, 42 is provided between the plasma polymerization film forming step and the surface activation step. May be. This cleaning step is performed using chemicals, water, or other appropriate means.
プラズマ重合膜１３１の表面が活性化された第一光学部材１１，２１，３１，４１と第二光学部材１２，２２，３２、４２とを貼り合わせて一体化する（貼合工程）。
つまり、図７（Ａ）（Ｂ）に示される通り、第一光学部材１１，２１，３１，４１と第二光学部材１２，２２，３２、４２とをそれぞれプラズマ重合膜１３１を対向させた状態で互いに押し付ける。
表面が活性化されたプラズマ重合膜１３１は、その活性状態が経時的に緩和するので、表面活性化工程の後速やかに貼合工程に移行する。具体的には、表面活性化工程の後、６０分以内に貼合工程に移行するのが好ましく、５分以内に移行するのがより好ましい。この時間内であれば、プラズマ重合膜１３１の表面が十分な活性状態を維持しているので、貼り合わせに際して十分な結合強度を得ることができる。
The first optical members 11, 21, 31, 41 and the second optical members 12, 22, 32, and 42 on which the surface of the plasma polymerized film 131 is activated are bonded and integrated (bonding step).
That is, as shown in FIGS. 7A and 7B, the first optical members 11, 21, 31, 41 and the second optical members 12, 22, 32, 42 are opposed to the plasma polymerization film 131, respectively. Press on each other.
Since the activated state of the plasma polymerized film 131 whose surface has been activated relaxes over time, the plasma polymerized film 131 shifts to the bonding step immediately after the surface activation step. Specifically, after the surface activation step, it is preferable to shift to the pasting step within 60 minutes, and it is more preferable to shift within 5 minutes. Within this time, the surface of the plasma polymerized film 131 is maintained in a sufficiently active state, so that sufficient bonding strength can be obtained at the time of bonding.
プラズマ重合膜１３１同士を貼り合わせることで、これらの膜同士が結合する。この結合は、次の（１）又は（２）、あるいは、（１）及び（２）のメカニズムに基づくものと推測される。
（１）２つの基材同士、本実施形態では、第一光学部材１１，２１，３１，４１と第二光学部材１２，２２，３２，４２とを貼り合わせると、各プラズマ重合膜１３１の表面にそれぞれ存在するＯＨ基同士が隣接することになる。この隣接したＯＨ基同士は、水素結合によって互いに引き合い、ＯＨ基同士の間に引力が発生する。また、この水素結合によって互いに引き合うＯＨ基同士は温度条件によって脱水縮合を伴って表面から離脱する。その結果、２つのプラズマ重合膜１３１同士の接触境界では、脱離したＯＨ基が結合していた結合手同士が結合する。つまり、各プラズマ重合膜１３１を構成するそれぞれの母材同士が直接結合して一体化し、１層のプラズマ重合膜、つまり、接合層１３が形成される。
（２）２つの基材同士を貼り合わせると、各プラズマ重合膜１３１の表面や内部に生じた終端化されていない結合手同士が再結合する。この再結合は、互いに重なり合う（絡み合う）ように複雑に生じることから、接合界面にネットワーク状の結合が形成される。これにより、各プラズマ重合膜１３１を構成するそれぞれの母材同士が直接接合して一体化し、一層のプラズマ重合膜、つまり、接合層１３が形成される。
By bonding the plasma polymerized films 131 together, these films are bonded to each other. This coupling | bonding is estimated based on the following (1) or (2) or the mechanism of (1) and (2).
(1) When two base materials, in this embodiment, the first optical members 11, 21, 31, 41 and the second optical members 12, 22, 32, 42 are bonded together, the surface of each plasma polymerized film 131 OH groups present in each are adjacent to each other. The adjacent OH groups attract each other by hydrogen bonding, and an attractive force is generated between the OH groups. In addition, OH groups attracting each other by this hydrogen bond are detached from the surface with dehydration condensation depending on temperature conditions. As a result, at the contact boundary between the two plasma polymerized films 131, the bonds in which the detached OH groups are bonded are bonded. That is, the respective base materials constituting each plasma polymerized film 131 are directly coupled and integrated to form one plasma polymerized film, that is, the bonding layer 13.
(2) When two base materials are bonded together, unterminated bonds generated on the surface and inside of each plasma polymerization film 131 are recombined. Since this recombination occurs in a complicated manner so as to overlap (entangle) with each other, a network-like bond is formed at the bonding interface. Thereby, the respective base materials constituting each plasma polymerized film 131 are directly joined and integrated to form one plasma polymerized film, that is, the joining layer 13.
本実施形態では、図７（Ｃ）に示される通り、貼合工程の後に、必要に応じて、第一光学部材１１，２１，３１，４１と第二光学部材１２，２２，３２，４２とを加圧する（加圧工程）。これにより、図７（Ｄ）に示される通り、光学物品１〜４が製造される。
この加圧工程では、接合強度を大きくするために、第一光学部材１１，２１，３１，４１と第二光学部材１２，２２，３２，４２とを大きな力で加圧することが好ましい。具体的には、加圧するための圧力は、 第一光学部材１１，２１，３１，４１や第二光学部材１２，２２，３２，４２の厚さ寸法や装置等の条件によって異なるものの、１〜１０ＭＰａ程度であるのが好ましく、１〜５ＭＰａがより好ましい。加圧時間は特に限定されないが、１０ｓｅｃ〜３０ｍｉｎ程度であるのが好ましい。
In this embodiment, as shown in FIG. 7C, after the bonding step, the first optical members 11, 21, 31, 41 and the second optical members 12, 22, 32, 42 and Is pressurized (pressurizing step). Thereby, as shown in Drawing 7 (D), optical articles 1-4 are manufactured.
In this pressurizing step, it is preferable to pressurize the first optical members 11, 21, 31, 41 and the second optical members 12, 22, 32, 42 with a large force in order to increase the bonding strength. Specifically, the pressure for pressurization varies depending on the thickness dimensions of the first optical members 11, 21, 31, 41 and the second optical members 12, 22, 32, 42, conditions of the apparatus, etc. The pressure is preferably about 10 MPa, and more preferably 1 to 5 MPa. The pressurization time is not particularly limited, but is preferably about 10 sec to 30 min.
第一光学部材１１，２１，３１，４１と第二光学部材１２，２２，３２，４２とを加圧した後に、これらを加熱する（加熱工程）。光学物品１〜４を加熱することで、接合強度を高めることができる。
この加熱工程は必要に応じて設けられるものであり、その加熱温度は、２５〜１００℃であり、好ましくは、５０〜１００℃である。１００℃を超えると、光学物品１〜４が変質・劣化するおそれがある。加熱時間は１〜３０ｍｉｎ程度であることが好ましい。
なお、この加熱工程は加圧工程の後で単独に行ってもよいが、加圧工程と同時に行うことが接合強度を強める上で好ましい。
After pressurizing the first optical members 11, 21, 31, 41 and the second optical members 12, 22, 32, 42, they are heated (heating process). The bonding strength can be increased by heating the optical articles 1 to 4.
This heating step is provided as necessary, and the heating temperature is 25 to 100 ° C, and preferably 50 to 100 ° C. If it exceeds 100 ° C, the optical articles 1 to 4 may be deteriorated or deteriorated. The heating time is preferably about 1 to 30 minutes.
In addition, although this heating process may be performed independently after a pressurization process, it is preferable to carry out simultaneously with a pressurization process, when strengthening joining strength.
なお、本実施形態では、活性化されていない重合膜は化学的に安定しているため、それぞれプラズマ重合膜１３１が形成された第一光学部材１１，２１，３１，４１と第二光学部材１２，２２，３２，４２とを重合膜形成工程で多数製造しておき、これを保管する。そして、最終的に必要な個数のみ表面活性化工程を経て、プラズマ重合膜１３１を活性化し、速やかに、貼合工程に移行することで、光学物品１〜４の製造効率を向上させることができる。 In the present embodiment, since the non-activated polymer film is chemically stable, the first optical member 11, 21, 31, 41 and the second optical member 12 on which the plasma polymer film 131 is formed are respectively provided. , 22, 32, and 42 are manufactured in a polymerized film forming step and stored. And finally, only the necessary number passes through the surface activation step, the plasma polymerization film 131 is activated, and the production efficiency of the optical articles 1 to 4 can be improved by quickly moving to the bonding step. .
以上の構成の本実施形態では次の作用効果を奏することができる。
（１）第一光学部材１１，２１，３１，４１及び第二光学部材１２，２２，３２，４２と、これらの第一光学部材１１，２１，３１，４１と第二光学部材１２，２２，３２，４２とを分子接合する接合層１３とを備え、第一光学部材１１，２１，３１，４１及び第二光学部材１２，２２，３２，４２の少なくともどちらか一方が異方性の線膨張係数を有する構成とした。そのため、第一光学部材１１，２１，３１，４１と第二光学部材１２，２２，３２，４２とが分子接合されることで接着剤が不要となり、その結果、第一光学部材１１，２１，３１，４１と第二光学部材１２，２２，３２，４２との接合部分に厚さのバラツキがなくなって波面収差がなくなる。
しかも、接着剤を使用しないことで、耐光性が向上する。そして、光学部材同士を直接プラズマ接合する従来例に比べて高温での処理が不要となり、線膨張係数の異なる第一光学部材１１，２１，３１，４１と第二光学部材１２，２２，３２，４２とを接合することができる。
In the present embodiment having the above-described configuration, the following operational effects can be achieved.
(1) First optical members 11, 21, 31, 41 and second optical members 12, 22, 32, 42, these first optical members 11, 21, 31, 41 and second optical members 12, 22, The first optical members 11, 21, 31, 41 and the second optical members 12, 22, 32, 42 having anisotropic linear expansion. It was set as the structure which has a coefficient. Therefore, the first optical member 11, 21, 31, 41 and the second optical member 12, 22, 32, 42 are molecularly bonded to each other, so that no adhesive is required. There is no variation in thickness at the junction between the first optical member 31, 41 and the second optical member 12, 22, 32, 42, and wavefront aberration is eliminated.
And light resistance improves by not using an adhesive agent. Then, compared with the conventional example in which the optical members are directly plasma-bonded, the processing at a high temperature is not required, and the first optical members 11, 21, 31, 41 and the second optical members 12, 22, 32, 41 having different linear expansion coefficients are used. 42 can be joined.
（２）接合層１３をプラズマ重合膜１３１から構成したから、第一光学部材１１，２１，３１，４１と第二光学部材１２，２２，３２，４２とにそれぞれ設けられたプラズマ重合膜１３１同士を押し付けることで、第一光学部材１１，２１，３１，４１と第二光学部材１２，２２，３２，４２とが強固に接合される。そのため、プラズマ重合膜１３１が第一光学部材１１，２１，３１，４１と第二光学部材１２，２２，３２，４２との接合面の微小な凹凸面や熱膨張の差を追従することができる。 (2) Since the bonding layer 13 is composed of the plasma polymerized film 131, the plasma polymerized films 131 provided on the first optical members 11, 21, 31, 41 and the second optical members 12, 22, 32, 42, respectively. The first optical members 11, 21, 31, 41 and the second optical members 12, 22, 32, 42 are firmly joined. Therefore, the plasma polymerized film 131 can follow a minute uneven surface of the joint surface between the first optical member 11, 21, 31, 41 and the second optical member 12, 22, 32, 42 or a difference in thermal expansion. .
（３）接合層１３をプラズマ重合膜１３１から構成する場合において、光学物品１〜４の製造方法を、第一光学部材１１，２１，３１，４１の接合面と第二光学部材１２，２２，３２，４２の接合面とのそれぞれにプラズマ重合膜１３１を形成する重合膜形成工程と、プラズマ重合膜１３１の表面を活性化する表面活性化工程と、表面が活性化されたプラズマ重合膜１３１を介して第一光学部材１１，２１，３１，４１と第二光学部材１２，２２，３２，４２とを貼り合わせて一体化する貼合工程と、を備えて構成した。そのため、貼合工程での従来のような高温処理が不要とされ、線膨張係数の異なる第一光学部材１１，２１，３１，４１と第二光学部材１２，２２，３２，４２との接合を簡易な方法で実現することができる。 (3) In the case where the bonding layer 13 is composed of the plasma polymerized film 131, the manufacturing method of the optical articles 1 to 4 is the same as the bonding surfaces of the first optical members 11, 21, 31, 41, and the second optical members 12, 22, A polymerized film forming step of forming a plasma polymerized film 131 on each of the bonding surfaces of 32 and 42; a surface activating step of activating the surface of the plasma polymerized film 131; and a plasma polymerized film 131 having a surface activated. The first optical members 11, 21, 31, and 41 and the second optical members 12, 22, 32, and 42 are bonded together to form a bonding process. Therefore, conventional high-temperature treatment in the bonding process is not required, and the first optical members 11, 21, 31, 41 and the second optical members 12, 22, 32, and 42 having different linear expansion coefficients are joined. It can be realized by a simple method.
（４）プラズマ重合膜１３１を介して第一光学部材１１，２１，３１，４１と第二光学部材１２，２２，３２，４２とを接合するにあたり、第一光学部材１１，２１，３１，４１と第二光学部材１２，２２，３２，４２とを貼合した後に加圧すれば、２つのプラズマ重合膜１３１では、結合手同士が三次元的に有機的に結合することになり、接合強度がより大きくなる。
（５）加圧工程の後に、５０〜１００℃で加熱する加熱工程を備えれば、接合強度をより高めることができる。
（６）加熱工程を貼合工程と同時に行えば、作業効率が向上し、光学物品１〜４の製造時間の短縮が図れる。
(4) In joining the first optical members 11, 21, 31, 41 and the second optical members 12, 22, 32, 42 via the plasma polymerization film 131, the first optical members 11, 21, 31, 41 are joined. And the second optical members 12, 22, 32, and 42 are bonded together and then pressurized, the two plasma polymerized films 131 organically bond with each other in a three-dimensional manner. Becomes larger.
(5) If the heating process heated at 50-100 degreeC is provided after a pressurization process, joining strength can be raised more.
(6) If a heating process is performed simultaneously with a bonding process, working efficiency will improve and the manufacturing time of the optical articles 1-4 can be shortened.
以下、本実施形態の効果を確認するために、実施例について説明する。
実施例は、プラズマ重合膜１３１を介して第一光学部材１１，２１，３１，４１と第二光学部材１２，２２，３２，４２とを接合して構成された光学物品１〜４に対応するものである。第一光学部材１１，２１，３１，４１として縦横厚さ寸法が３５．５ｍｍ×３３．５ｍｍ×０．５ｍｍの水晶基板を用い、第二光学部材１２，２２，３２，４２として縦横厚さ寸法が３５．５ｍｍ×３３．５ｍｍ×１．１ｍｍの石英基板を用いた。
［プラズマ重合膜形成工程］
実施例では、第一光学部材１１，２１，３１，４１や第二光学部材１２，２２，３２，４２に対応する基板をプラズマ重合装置１００のチャンバー１０１に投入し、このチャンバー１０１に酸素を１００ｃｃｍ導入し、チャンバー１０１の内部に設けられた第１電極１１１と第２電極１１２との間に周波数１３．５ＭＨｚ、電力１００Ｗの電圧を供給して基板活性化を実施する。その時間は６０秒である。
その後、次の成膜条件でチャンバー１０１の内部に原料ガスとキャリアガスとを投入し、プラズマ重合膜を形成する。
＜成膜条件＞
原料ガスの組成 ：オクタメチルトリシロキサン
原料ガスの流量 ：１００ｓｃｃｍ
キャリアガスの組成 ：アルゴン
キャリアガスの流量 ：１０ｃｃｓ
高周波電力の出力 ：１００Ｗ
処理時間 ：１０分
膜厚 ：３５０ｎｍ
Hereinafter, examples will be described in order to confirm the effects of the present embodiment.
The embodiment corresponds to optical articles 1 to 4 configured by joining the first optical members 11, 21, 31, 41 and the second optical members 12, 22, 32, 42 via the plasma polymerization film 131. Is. As the first optical members 11, 21, 31, and 41, a quartz substrate having a vertical and horizontal thickness dimension of 35.5 mm × 33.5 mm × 0.5 mm is used, and as the second optical members 12, 22, 32, and 42, the vertical and horizontal thickness dimensions are used. Used a quartz substrate of 35.5 mm × 33.5 mm × 1.1 mm.
[Plasma polymerized film forming process]
In the embodiment, substrates corresponding to the first optical members 11, 21, 31, 41 and the second optical members 12, 22, 32, 42 are put into the chamber 101 of the plasma polymerization apparatus 100, and oxygen is added to the chamber 101 at 100 ccm. The substrate is activated by introducing a voltage having a frequency of 13.5 MHz and a power of 100 W between the first electrode 111 and the second electrode 112 provided in the chamber 101. The time is 60 seconds.
Thereafter, a raw material gas and a carrier gas are introduced into the chamber 101 under the following film forming conditions to form a plasma polymerization film.
<Film formation conditions>
Source gas composition: Octamethyltrisiloxane Source gas flow rate: 100 sccm
Carrier gas composition: Argon Carrier gas flow rate: 10 ccs
High frequency power output: 100W
Processing time: 10 minutes Film thickness: 350 nm
［表面活性化工程］
プラズマ重合膜１３１に紫外線を次の条件下でプラズマを照射して表面を活性化する。
＜プラズマ照射条件＞
導入ガス ：酸素
流量 ：２０ｓｃｃｍ
真空度 ：５５Ｐａ
印加電圧 ：１００Ｗ（周波数１３．５６ＭＨｚ）
照射時間 ：３０ｓｅｃ
本実施例では、プラズマ重合膜形成工程と表面活性化工程との間に基板を洗浄する。
[Surface activation process]
The plasma polymerization film 131 is irradiated with ultraviolet rays under the following conditions to activate the surface.
<Plasma irradiation conditions>
Introduced gas: Oxygen Flow rate: 20sccm
Degree of vacuum: 55 Pa
Applied voltage: 100 W (frequency 13.56 MHz)
Irradiation time: 30 sec
In this embodiment, the substrate is cleaned between the plasma polymerization film forming step and the surface activation step.
［貼合工程］
それぞれプラズマ重合膜１３１が形成された一対の基板を、プラズマ重合膜１３１同士が対向した状態で貼り合わせる。
［加圧工程］
さらに、大気圧加圧装置を用いて一対の基板を加圧する。この際の加圧条件は、１０ｋＮ、１０秒であり、温度は室温（２０℃）である。
[Bonding process]
A pair of substrates each having the plasma polymerized film 131 formed thereon are bonded together with the plasma polymerized films 131 facing each other.
[Pressure process]
Further, the pair of substrates is pressurized using an atmospheric pressure press. The pressurizing condition at this time is 10 kN, 10 seconds, and the temperature is room temperature (20 ° C.).
［比較例］
比較例は、前記一対の基板の接合面にそれぞれ光硬化型接着剤（商品名ＵＴ２０）を塗布し、これらの基板同士を貼り合わせた後、紫外線を照射して硬化させたものである。この光硬化型接着剤により形成される接合部の厚さの面内分布は概ね５μｍから１０μｍである。
[Comparative example]
In the comparative example, a photo-curing adhesive (trade name UT20) is applied to the bonding surfaces of the pair of substrates, and the substrates are bonded together, and then cured by irradiation with ultraviolet rays. The in-plane distribution of the thickness of the joint formed by this photo-curing adhesive is approximately 5 μm to 10 μm.
以上の条件で作成した実施例と比較例とを測定器（商品名ＦＵＪＩＮＯＮ干渉計；λ＝６３２．８ｎｍ）で波面測定を行った。その結果、実施例では波面収差がTotalで２rmsであり、非点収差が１．５rmsである。比較例では、波面収差がTotalで２０rmsであり、非点収差が１５rmsである。そして、実施例では、透過波面収差は少なかったものの、比較例でが透過波面収差が大きいことが図８からも理解できる。
図８は同一条件の実施例を２例作成し、同一条件の比較例を２例作成した場合の透過波面収差を上記測定器で測定した結果を示す。図８（Ａ）（Ｂ）は実施例を示し、図８（Ｃ）（Ｄ）は比較例を示す。
図８（Ａ）（Ｂ）で示される通り、２つの実施例では、干渉縞を認識することができず、波面収差が極めて低いことがわかる。これに対して、図８（Ｃ）（Ｄ）で示される通り、２つの比較例では、干渉縞を明らかに認識することができるので、波面収差が極めて高いことがわかる。
The wavefront measurement was performed using the measuring device (trade name: FUJINON interferometer; λ = 632.8 nm) for the example and the comparative example created under the above conditions. As a result, in the embodiment, the wavefront aberration is 2 rms in total, and the astigmatism is 1.5 rms. In the comparative example, the wavefront aberration is 20 rms in total, and the astigmatism is 15 rms. Further, although the transmitted wavefront aberration is small in the example, it can be understood from FIG. 8 that the transmitted wavefront aberration is large in the comparative example.
FIG. 8 shows the results of measuring the transmitted wavefront aberration with the above-mentioned measuring instrument when two examples of the same conditions were prepared and two comparative examples of the same conditions were prepared. 8A and 8B show examples, and FIGS. 8C and 8D show comparative examples.
As shown in FIGS. 8A and 8B, in the two examples, interference fringes cannot be recognized, and it can be seen that the wavefront aberration is extremely low. In contrast, as shown in FIGS. 8C and 8D, in the two comparative examples, the interference fringes can be clearly recognized, and it can be seen that the wavefront aberration is extremely high.
また、以上の条件で作成した実施例を９例作成し、これらの例の接合部を形成するプラズマ重合膜の膜厚分布を測定した。この膜厚分布測定を行うために、非接触式三次元測定器（商品名タリサーフ）を使用した。
その測定結果を図９に示す。図９では、ベースＢの上に実施例の９つのサンプルＳ１〜Ｓ９を配置し、これらのサンプルＳ１〜Ｓ９における両端部の膜厚ｔ１Ｒ〜ｔ９Ｒ，ｔ１Ｌ〜ｔ９Ｌをそれぞれ段差測定した。なお、図９中、符号ＨはベースＢに設けられたホルダーである。また、段差測定に際しては、サンプルＳ１〜Ｓ９の両端部にマスキングテープを貼り付けておく。
サンプルＳ１では膜厚ｔ１Ｌが１８６．３ｎｍであり、膜厚ｔ１Ｒが２３８．６ｎｍである。
サンプルＳ２では膜厚ｔ２Ｌが３００．８ｎｍであり、膜厚ｔ２Ｒが２３９．２ｎｍである。
サンプルＳ３では膜厚ｔ３Ｌが２７９．８ｎｍであり、膜厚ｔ３Ｒが２３１．６ｎｍである。
サンプルＳ４では膜厚ｔ４Ｌが２４４．６ｎｍであり、膜厚ｔ４Ｒが２７７．８ｎｍである。
サンプルＳ５では膜厚ｔ５Ｌが３２７．３ｎｍであり、膜厚ｔ５Ｒが３０４．４ｎｍである。
サンプルＳ６では膜厚ｔ６Ｌが３２０．９ｎｍであり、膜厚ｔ６Ｒが２５６．７ｎｍである。
サンプルＳ７では膜厚ｔ７Ｌが２１９．４ｎｍであり、膜厚ｔ７Ｒが２６０．２ｎｍである。
サンプルＳ８では膜厚ｔ８Ｌが３１４．６ｎｍであり、膜厚ｔ８Ｒが２９８．３ｎｍである。
サンプルＳ９では膜厚ｔ９Ｌが３１２．３ｎｍであり、膜厚ｔ９Ｒが２４１．８ｎｍである。
以上の測定結果から実施例では、接合層の膜厚が薄く、従来技術の光硬化型接着剤よりも膜厚分布が良いことがわかる。
このように接合部の膜厚が薄い接合方法を採用することで、面内の膜厚分布が良くなり、よって波面収差が極めて高い積層波長板を得ることができる。
Also, nine examples prepared under the above conditions were prepared, and the film thickness distribution of the plasma polymerized film forming the joints of these examples was measured. In order to perform this film thickness distribution measurement, a non-contact type three-dimensional measuring device (trade name Tarisurf) was used.
The measurement results are shown in FIG. In FIG. 9, nine samples S1 to S9 of the example were arranged on the base B, and the film thicknesses t1R to t9R and t1L to t9L at both ends of these samples S1 to S9 were measured for steps. In FIG. 9, symbol H is a holder provided on the base B. In measuring the level difference, masking tape is attached to both ends of the samples S1 to S9.
In the sample S1, the film thickness t1L is 186.3 nm, and the film thickness t1R is 238.6 nm.
In sample S2, film thickness t2L is 300.8 nm, and film thickness t2R is 239.2 nm.
In the sample S3, the film thickness t3L is 279.8 nm, and the film thickness t3R is 231.6 nm.
In the sample S4, the film thickness t4L is 244.6 nm, and the film thickness t4R is 277.8 nm.
In sample S5, the film thickness t5L is 327.3 nm, and the film thickness t5R is 304.4 nm.
In sample S6, film thickness t6L is 320.9 nm and film thickness t6R is 256.7 nm.
In sample S7, film thickness t7L is 219.4 nm and film thickness t7R is 260.2 nm.
In sample S8, the film thickness t8L is 314.6 nm, and the film thickness t8R is 298.3 nm.
In sample S9, the film thickness t9L is 312.3 nm, and the film thickness t9R is 241.8 nm.
From the above measurement results, it can be seen that in the examples, the bonding layer is thin, and the film thickness distribution is better than that of the conventional photo-curing adhesive.
By adopting a bonding method in which the film thickness of the bonded portion is thin in this way, a in-plane film thickness distribution is improved, and thus a laminated wave plate with extremely high wavefront aberration can be obtained.
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、１つの第一光学部材１１，２１，３１，４１と１つの第二光学部材１２，２２，３２，４２との間に接合層１３が形成される構成としたが、本発明では、第一光学部材１１，２１，３１，４１と第二光学部材１２，２２，３２，４２との少なくとも一方を複数に分割し、３つ以上の光学部材が接合層を介して互いに接合される構成であってもよい。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
For example, in the embodiment, the bonding layer 13 is formed between one first optical member 11, 21, 31, 41 and one second optical member 12, 22, 32, 42. In the present invention, at least one of the first optical members 11, 21, 31, 41 and the second optical members 12, 22, 32, 42 is divided into a plurality, and three or more optical members are mutually connected via a bonding layer. The structure joined may be sufficient.
本発明は、ピックアップ装置、プロジェクタ、その他の装置に用いられる光学物品に利用できる。 The present invention can be used for optical articles used in pickup devices, projectors, and other devices.
１〜４…光学物品、１１，２１，３１，４１…第一光学部材、１２，２２，３２，４２…第二光学部材、１３…接合層、１３１…プラズマ重合膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1-4 ... Optical article, 11, 21, 31, 41 ... 1st optical member, 12, 22, 32, 42 ... 2nd optical member, 13 ... Bonding layer, 131 ... Plasma polymerization film | membrane
Claims (5)
前記第一光学部材と前記第二光学部材との間に積層されており、分子接合により構成されているプラズマ重合膜と、
を含むことを特徴とする波長板。 A first optical member made of quartz and at least one of which has an anisotropic linear expansion coefficient; and a second optical member;
A plasma polymerized film that is laminated between the first optical member and the second optical member, and is configured by molecular bonding;
A wave plate comprising:
前記第一光学部材と前記第二光学部材との間に積層されており、分子接合により構成されているプラズマ重合膜と、
を含み、
前記第一光学部材は水晶で構成され、
前記第二光学部材は前記水晶を保持するガラスで構成されていることを特徴とする波長板。 A first optical member and a second optical member, at least one of which has an anisotropic linear expansion coefficient,
A plasma polymerized film that is laminated between the first optical member and the second optical member, and is configured by molecular bonding;
Including
The first optical member is made of quartz,
The wavelength plate, wherein the second optical member is made of glass that holds the crystal .
前記プラズマ重合膜の主材料がポリオルガノシロキサンであることを特徴とする波長板。 In claim 1 or 2,
A wave plate, wherein a main material of the plasma polymerization film is polyorganosiloxane .
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